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Stand der Technik
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Die Erfindung betrifft ein elektromagnetisch betätigbares Ventil, insbesondere ein Druckregelventil einer schlupfregelbaren Fahrzeugbremsanlage, gemäß den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1. Derartige Ventile sind bezüglich ihres konstruktiven Aufbaus beispielsweise bekannt aus der
DE 10 2010 002 469 A1 oder aus der
DE 10 2011 079 339 A1 . Diese Ventile weisen einen Sitzkörper auf, der zusätzlich zu einem Ventilsitz, wenigstens einen druckmittelführenden Zulaufkanal und einen druckmittelabführenden Ablaufkanal ausbildet. Zur Vermeidung eines hydraulischen Kurzschlusses zwischen diesen Kanälen, bei geschlossenem Ventilsitz, ist ein Absperrelement vorhanden. Als Absperrelemente werden beim zitierten Stand der Technik Metallkugeln eingesetzt, welche in eine Steigbohrung stromabwärts der Einmündung des Zuströmkanals in diese Steigbohrung eingepresst sind. Metallkugeln werden in großen Stückzahlen, z.B. für Wälzlager, benötigt und sind deshalb besonders kostengünstig und in den erforderlichen Mengen und Abmessungen am Markt erhältlich.
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Der Ventilsitz dieser Ventile wird von einem Schließkörper gesteuert. Dabei wird dieser Schließkörper durch den Ventilsitz hindurch stirnseitig angeströmt. Diese Anströmung erfolgt weitgehend zentrisch, wodurch das Druckmittel gleichmäßig bzw. symmetrisch an der Umfangsfläche des Schließkörpers vorbei strömt. Untersuchungen haben gezeigt, dass der Schließkörper dadurch zu Schwingungen in radialer Richtung, also quer zur Längsachse des Ventils angeregt wird. Nachteilig an diesen Radialschwingungen ist, dass sie eine Druckregelung durch elektronische Ansteuerung eines derartigen Ventils in einem Druckmittelsystem erschweren. Die Radialschwingungen beeinflussen also eine Druckstellgenauigkeit des Ventils negativ.
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Die Erfindung zielt darauf ab, anhand von konstruktiv einfachen und kostengünstig am Ventil umsetzbaren Maßnahmen diese Radialschwingungen des Schließkörpers zu dämpfen und mittelbar darüber die Druckstelleigenschaften eines mit einem solchen Ventil bestückten Druckmittelsystems zu verbessern.
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Vorteile der Erfindung
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Ein elektromagnetisch betätigbares Ventil nach den Merkmalen des Anspruchs 1 ist mit einem Absperrelement ausgestattet, das strömungslenkende Mittel umfasst. Diese strömungslenkenden Mittel bewirken, dass der Schließkörper nicht mehr zentrisch bzw. symmetrisch angeströmt wird, sondern vielmehr exzentrisch oder asymmetrisch, so dass der Schließkörper ungleichförmig umströmt wird. Abhängig von der Ausrichtung der strömungslenkenden Mittel relativ zum Schließkörper strömt demnach mehr oder weniger Druckmittelvolumen an einem Segmentabschnitt des Gesamtumfangs des Schließkörpers vorbei, was in der Konsequenz eine resultierende Querkraft ergibt, die den Schließkörper beim Öffnen bzw. beim Schließen des Ventils radial zu seiner Längsachse auslenkt. Weil das Absperrelement starr im Ventil verankert ist, wirkt die Querkraft auf den Schließkörper stets in dieselbe Radialrichtung und der Schließkörper wird mit jedem Bewegungshub in dieselbe Vorzugsrichtung ausgelenkt.
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Die strömungsbedingte Querkraft wirkt sich stabilisierend auf die Hubbewegung des Schließkörpers aus, indem sie eine Anregung des Schließkörpers zu Radialschwingungen dämpft. Es lässt sich also sagen, die Hubbewegung des Schließkörpers erfolgt kontrollierter als im Stand der Technik und verbessert dadurch die Regeleigenschaften des Ventils bzw. eines mit einem solchen Ventil ausgestatteten Druckmittelkreises.
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Weitere Vorteile oder vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen oder aus der nachfolgenden Beschreibung.
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Die erforderlichen Maßnahmen zur erfindungsgemäßen Ausbildung von strömungslenkenden Mitteln am Absperrelement sind technisch einfach und damit relativ kostengünstig umsetzbar. Dies trifft insbesondere zu, wenn das Absperrelement bolzenförmig gestaltet ist und die strömungslenkenden Mittel einstückig mit den ohnehin notwendigen Mitteln zur Befestigung eines Absperrelements am Sitzkörper ausgebildet sind. In diesem Fall ist auch der bloße Austausch eines bekannten Absperrmittels gegen ein erfindungsgemäßes Absperrmittel im Rahmen einer laufenden Serienproduktion möglich, ohne dabei einen Montagemehraufwand zu erzeugen.
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Bei Ventilen mit mehreren Zuströmkanälen, welche in eine gemeinsame Steigbohrung des Ventilkörpers einmünden, kann mit einem erfindungsgemäßen strömungslenkenden Mittel verhindert werden, dass Teilströme aus verschiedenen Zuströmkanälen direkt aufeinandertreffen und unerwünschte Verwirbelungen im Druckmittelgesamtstrom zum Schließkörper erzeugen. Durch Abstimmung der Querschnitte der Zuströmbohrungen auf die Abmessungen eines Spaltes zwischen dem Außenumfang der strömungslenkenden Mittel am Absperrelement und der Wandung der Steigbohrung ist eine weitere Homogenisierung bzw. Vergleichmäßigung der Strömung möglich. Dies trifft auch zu für die Dimensionierung eines geometrischen Abstandes der Stirnfläche des strömungslenkenden Mittels vom Ventilsitz bzw. für einen Neigungswinkel, unter dem eine Stirnfläche oder ein Schlitz des strömungslenkenden Mittels gegenüber einer Längsachse des Ventils geneigt sind und/oder auf die Art und Weise, wie diese geneigte Stirnfläche konstruktiv gestaltet ist.
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Zeichnung
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Bezüglich des Gesamtaufbaus des Ventils und dessen Funktion wird auf die Offenbarungen der
DE 10 2010 002 469 A1 bzw. der
DE 10 2011 079 339 A1 verwiesen.
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1 zeigt ein aus dem genannten Stand der Technik bekanntes elektromagnetisch betätigbares Ventil im Längsschnitt;
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2 einen Längsschnitt eines Sitzkörpers dieses Ventils, wobei dieser Sitzkörper mit einem ersten Ausführungsbeispiel eines Absperrelements ausgestattet ist;
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3: einen Sitzkörper mit eingesetztem Absperrelement nach 2 in perspektivischer Ansicht und
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4 ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Absperrelements, ebenfalls in perspektivischer Darstellung.
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Beschreibung der Ausführungsbeispiele
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1 zeigt ein aus dem Stand der Technik bekanntes elektromagnetisch betätigbares Ventil 10 im Längsschnitt. Auf eine Darstellung einer dieses Ventil 10 vervollständigenden Magnetspule wurde der Übersichtlichkeit halber bewusst verzichtet. Das Ventil 10 weist ein hülsenförmiges Ventilgehäuse 12 auf, in dessen in 1 oberes, offenes Ende ein stopfenförmiger Polkern 14 aus magnetisch leitendem Material eingesetzt ist. Dieser Polkern 14 ist fest mit dem Ventilgehäuse 12 verbunden. Ein in 1 unteres offenes Ende des Ventilgehäuses 12 wird von einem Sitzkörper 16 verschlossen, welcher ebenfalls fest mit diesem Ventilgehäuse 12 verbunden ist. Dieser Sitzkörper 16 bildet einen Ventilsitz 18 aus, welcher auf der Längsachse X-X des Ventils 10 angeordnet und am Grund einer zum Inneren des Ventilgehäuses 12 hin offenen ersten Flachsenkung 20 ausgebildet ist. Der Ventilsitz 18 selbst ist beispielhaft in Form eines Kegelsitzes ausgebildet. Gegenüberliegend zu der zum Inneren des Ventilgehäuses 12 hin offenen Flachsenkung 20 ist am Sitzkörper 16 eine zweite, nach außen, zur Umgebung des Ventils 10 hin offene Flachsenkung 22 ausgebildet. Letztere befindet sich an einem Abschnitt des Sitzkörpers 16, dessen Außendurchmesser gegenüber dem Außendurchmesser des Sitzkörpers 16 im Bereich der ersten Flachsenkung 20 reduziert ist. Eine entlang der Längsachse X-X des Ventils 10 im Sitzkörper 16 verlaufende Steigbohrung 24 verbindet die beiden Flachsenkungen 20, 22 miteinander. Zur nach außen offen zweiten Flachsenkung 22 hin ist die Steigbohrung 24 mittels eines Absperrelements 26 verschlossen. Dabei handelt es sich bei diesem Ausführungsbeispiel um eine Kugel, welche auf den Durchmesser der Steigbohrung 24 derart abgestimmt ist, dass zwischen Absperrelement 26 und Wandung der Steigbohrung 24 eine Pressverbindung herstellbar ist. Oberhalb des Absperrelements 26 mündet ein radial verlaufender Zuströmkanal 28 in die Steigbohrung 24 ein. In Umfangsrichtung der Steigbohrung 24 sind mehrere solcher Zuströmkanäle 28 vorhanden, was anhand eines kreisförmigen Mündungsquerschnitts oberhalb des Absperrelements 26 und linkerhand zur Längsachse X-X des Ventils versetzt dargestellt ist. An dem der ersten Flachsenkung 20 zugewandten Ende der Steigbohrung 24 befindet sich der Ventilsitz 18. Radial versetzt zur Steigbohrung 24 und koaxial zur Längsachse X-X des Ventils 10 verlaufend, ist ein Abströmkanal 30 erkennbar. Auch dieser Abströmkanal 30 verbindet die beiden von den Flachsenkungen 20, 22 miteinander. Außen auf den Sitzkörper 16 ist auf Höhe des Zuströmkanals 28 ein Filter 32 aufgesetzt. Dieses besteht aus einem nicht erkennbaren rahmenartigen Filterkörper mit Ausnehmungen, welche von einem Filtergewebe abgedeckt sind, durch die hindurch Druckmittel in den Zuströmkanal 28 des Ventils 10 einströmt. Mit der Einmündung des Zuströmkanals 28 in die Steigbohrung 24 wird dieser Druckmittelstrom rechtwinklig, gemäß 1 nach oben umgelenkt und dem Ventilsitz 18 zugeleitet. Dieser Ventilsitz 18 ist gemäß 1 von einem Schließkörper 34 verschlossen, so dass kein Druckmittel in eine oberhalb des Ventilsitzes 18 liegende und von der Wandung der ersten Flachsenkung 20 umgebene Druckmittelkammer 36 des Ventils 10 gelangen kann. Mit einer Hubbewegung des Schließkörpers 34 strömt Druckmittel durch den Ventilsitz 18 hindurch in diese Druckmittelkammer 36 ein und gelangt von dort aus durch eine zentrisch angeordnete Drosselöffnung 38 eines kappenförmigen Drosselelements 40, welches das offene Ende der ersten Flachsenkung 20 überdeckt, hindurch zu einer nutförmigen Aussparung 42 in der Wandung der ersten Flachsenkung 20. Diese Aussparung 42 verbindet die erste Druckmittelkammer 36 druckmittelleitend mit dem Abströmkanal 30 des Ventils 10, wobei der Druckmittelstrom nach der Passage der Drosselöffnung 38 ein weiteres Mal rechtwinklig umgelenkt wird und entgegegengesetzt zur Strömungsrichtung in der Steigbohrung 24 gemäß 1 nach unten aus dem Ventil 10 abfließt.
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Der Schließkörper 34 zur Steuerung des Ventilsitzes 18 ist an einem Stößel 44 ausgebildet, der mit seinem vom Ventilsitz 18 abgewandten und im Außendurchmesser verdickten Ende in eine zugeordneten Längsausnehmung 46 eines hülsenförmigen Ventilankers 48 eingesetzt und damit fest mit dem Ventilanker 48 verbunden ist. Dieser Ventilanker 48 ist in Richtung der Längsachse X-X des Ventils 10 beweglich im Ventilgehäuse 12 geführt. In dem in 1 dargestellten geschlossenen Zustand des Ventils 10 ist zwischen einer vom Ventilsitz 18 abgewandt liegenden Stirnfläche 50 des Ventilankers 48 und einer dieser Stirnfläche 50 gegenüberliegenden Polkernstirnfläche 52 ein Arbeitsluftspalt 54 vorhanden, in dem eine ringscheibenförmige Plattfeder 56 untergebracht ist. Diese stützt sich im Bereich ihres Außendurchmessers am Ventilanker 48 und im Bereich ihres Innendurchmessers am Polkern 14 ab. Die Plattfeder 56 stellt somit eine der Kraftkomponenten bereit, mit denen der Schließkörper 34 mittelbar über den Ventilanker 48 gegen den Ventilsitz 18 gedrückt wird. Eine zweite Kraftkomponente liefert eine Spiralfeder 58, die im Inneren des Ventilankers 48 untergebracht ist. Diese stützt sich einerseits am verdickten Ende des den Schließkörper 34 aufnehmenden Stößels 44 und andererseits mittelbar über eine Stützbuchse 60 an der Polkernstirnfläche 52 ab, wobei die Stützbuchse 60 durch eine zentrale Öffnung der ringscheibenförmigen Plattfeder 56 hindurch ragt.
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Auf das Ventilgehäuse wird eine in 1 nicht gezeigte Magnetspule aufgesteckt, die elektrisch bestromt werden kann. Ein sich mit der Bestromung dieser Magnetspule einstellender Magnetfluss bewirkt magnetische Anziehungskräfte zwischen Ventilanker 48 und Polkern 14, aufgrund derer sich der Ventilanker 14 gemäß 1 nach oben auf den Polkern 14 zubewegt, so dass sich der ursprünglich vorhandenen Arbeitsluftspalt 54 zwischen diesen Bauteilen verkleinert. Da der Schließkörper 34 fest mit dem Ventilanker 48 verbunden ist, bewirkt der Hub des Ventilankers 48, dass der Schließkörper 34 vom Ventilsitz 18 abhebt und damit den Zuströmkanal 28 über die Druckmittelkammer 36, die Drosselöffnung 38 des Drosselelement s 40 und die Aussparung 42 hydraulisch mit dem Abströmkanal 30 verbindet.
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Die Hubbewegung des Ventilankers 48 erfolgt entgegen der rückstellenden Kräfte der Plattfeder 56 und der Spiralfeder 58, welche in Folge der Hubbewegung weiter vorgespannt werden. Mit einer Rücknahme einer Bestromung der Magnetspule bzw. dem Wegfall der magnetischen Kräfte bewirken diese Federkräfte eine Rückstellung des Ventilankers 48 in die in 1 gezeigte Grundstellung, welche sich dadurch ausweist, dass der Schließkörper 34 mechanisch auf den Ventilsitz 18 gepresst wird und damit die Druckmittelverbindung des Zuströmkanals 28 mit dem Abströmkanal 30 unterbricht.
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2 zeigt den Sitzkörper 16 des Ventils 10 mit einem erfindungegemäß ausgebildeten Absperrelement 26 im Längsschnitt. Die Geometrie des Sitzkörpers 16 entspricht derjenigen des Ventils 10 nach 1, weshalb funktionsgleiche Bauelemente mit denselben Bezugszeichen wie in 1 versehen sind.
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Im Unterschied zu 1 ist dieser Sitzkörper 16 mit einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Absperrelements 26.1 versehen. Dieses Absperrelement 26.1 ist bolzenförmig gestaltet und weist einen zylindrisch geformten Befestigungsabschnitt 70 und einen ebenfalls zylindrischen koaxial zum Befestigungsabschnitt 70 angeordneten strömungslenkenden Abschnitt 72.1 auf. Der Befestigungsabschnitt 70 und der strömungslenkende Abschnitt 72.1 sind miteinander einteilig, wobei der Befestigungsabschnitt 70 einen größeren Außendurchmesser als der strömungslenkende Abschnitt 72.1 aufweist. Ein Übergang vom Befestigungsabschnitt 70 zum strömungslenkenden Abschnitt 72.1 ist beispielhaft als rechtwinklige Schulter 82 ausgebildet. Mit dem Befestigungsabschnitt 70 ist das Absperrelement 26.1 von der zweiten Flachsenkung 22 des Stitzkörpers 16 her in die Steigbohrung 24 eingepresst und verhindert damit bei geschlossenem Ventilsitz 18 einen hydraulischen Kurzschluss zwischen dem wenigstens einen Zuströmkanal 28 und dem Abströmkanal 30. Der strömungslenkende Abschnitt 72.1 schließt sich in Richtung des Inneren des Ventilgehäuses 12 an den Befestigungsabschnitt 70 an und überdeckt zumindest abschnittsweise denjenigen Bereich des Sitzkörpers 26.1, an dem der Zuströmkanal bzw. die Zuströmkanäle 28 in die Steigbohrung 24 einmünden. Abhängig vom Außenumfang des strömungslenkenden Abschnitts 72.1 und dem Innenumfang der Wandung der Steigbohrung 24 bildet sich ein mehr oder weniger dicker Ringspalt 74 zwischen den Bauteilen aus, in den die Zuströmkanäle 28 einmünden. Der Ringspalt 74 bzw. eine axiale Überdeckung der Mündungsquerschnitte der Zuströmkanäle 28 durch den strömungslenekenden Abschnitt 72.1 des Absperrelements 26.1 vermeidet, dass aus verschiedenen Raumrichtungen zuströmende Druckmittelteilströme direkt aufeinandertreffen und einen stark verwirbelten Druckmittelgesamtstrom ausbilden, mit welchem letztlich der Schließkörper 34 des Ventils 10 angeströmt wird. Ein stirnseitiges Ende 76 des strömungslenkenden Abschnitts 72.1 des Absperrelements 26.1 ist zur Längsachse X-X des Ventils 10 bzw. des Sitzkörpers 16 unter einem anwendungsspezifisch festlegbaren Neigungswinkel geneigt. Exemplarisch bildet das stirnseitige Ende 76 eine geneigte ebene Fläche. Ebenso denkbar wäre es allerdings, das stirnseitige Ende 76 nicht plan auszuführen, sondern vielmehr konvex oder konkav gewölbt bzw. ballig zu gestalten.
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Über die Formgebung und/oder über die Neigung des stirnseitigen Endes 76 des strömungslenkenden Abschnitts 72.1 gegenüber der Längsachse X-X des Ventils 10 sowie über die Axiallänge und den Durchmesser des strömungslenkenden Abschnitts 72.1 des Absperrelements 26.1 läßt sich der den Schließkörper 34 (1) anströmende Druckmittelstrom derart lenken, dass diese Anströmung exzentrisch oder asymmetrisch erfolgt und der Ventilanker 48 dadurch mit einer stabilsierend wirkenden, Radialschwingungen dämpfenden Querkraft beaufschlagt wird, wenn er magnetkraftbedingt eine Hubbewegung ausführt.
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3 zeigt, des einfacheren Verständnisses wegen, Sitzelement 16 mit erfindungsgemäßen Absperrelement 26.1 nochmals in perspektivischer Ansicht. Die Bezugsziffern aus 1 und 2 wurden für einander entsprechende Bauelemente übernommen. Deutlicher erkennbar in dieser Darstellung sind der Ventilsitz 18 und die Aussparung 42 in der Wandung und am Grund der ersten Flachsenkung 20 zum Zweck der Darstellung einer fluidleitenden Verbindung dieser Flachsenkung 20 mit dem hier nicht erkennbaren Abströmkanal 30 des Sitzkörpers 16.
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Beim zweiten Ausführungsbeispiel nach 4 ist das bolzenförmige Absperrelement 26.2 im Unterschied zum Ausführungsbeispiel nach 2 und 3 mit einem zylindrischen strömungslenkenden Abschnitt 72.2 versehen, der ein waagerechtes, planes stirnseitiges Ende 76.2 aufweist und darüber hinaus mit einem nutförmigen Schlitz 78 versehen ist. Dessen Schlitzbreite ist kleiner als der Außendurchmesser des strömungslenekenden Abschnitts 72.2 dimenesioniert, wodurch der Schlitz 78 zu beiden Seiten von verbleibenden Umfangssegmenten des strömungslenkenden Abschnitts 72.2 begrenzt wird. Der Schlitz 78 erstreckt sich über die gesamte Länge des strömungslenkenden Abschnitts 72.2 und ist seitlich offen. Mit zunehmendem Abstand vom Befestigungsabschnitt 70 nimmt die Schlitztiefe des Schlitzes 78 kontinuierlich zu, so dass der Schlitzgrund 80 eine ebene, geneigte Fläche bildet, deren Neigungswinkel gegenüber der Längsachse X-X des Absperrelements 26.2 anwendungsspezifisch festlegbar ist. Der Schlitz 78 wirkt vergleichbar zum geneigten stirnseitigen Ende 76.1 des Absperrelements 26.1 nach 2 oder 3 strömungslenkend, indem auch er dafür sorgt, dass die Anströmung des Schließkörpers 34 (1) eines mit einem derart gestalteten Absperrelement 26.2 ausgestatteten Ventils 10 exzentrisch bzw. asymmetrisch erfolgt. Wie bereits erläutert, bewirkt die asymmetrische Anströmung des Schließkörpers 34 eine Radialschwingungen dämpfende, die Hubbewegung des Ventilankers 48 (1) stabilisierende Querkraft.
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Selbstverständlich sind Änderungen oder Ergänzungen an den beschriebenen Ausführungsbeispielen möglich, ohne vom Grundgedanken der Erfindung abzuweichen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102010002469 A1 [0001, 0009]
- DE 102011079339 A1 [0001, 0009]
